지금 이 순간

1. 개요

2. 난시청 개념

3. 난시청 해소대책

1. 개요

  - 지상파 방송은 지상파를 이용하여 방송 신호를 전송

  - 방송국은 프로그램을 제작하는 스튜디오 시설 외에 제작된 프로그램을 송신소 또는 지역국으로 송출하는 방송 연주소, 연주소로부터 프로그램을 전송받아 일반 수신자에게 방송전파를 송신하는 송, 중계소 및 간이중계소로 구성됨

2. 난시청 개념

  - 송, 중계소 서비스 지역 중 전파가 수신되지 않는 지역을 난시청 지역이라 함

  - 난시청 지역은 자연적 난시청과 인위적 난시청으로 구분될 수 있음

  - 인위적 난시청 지역은 아파트 단지나 빌딩이 밀집한 지역 등에서 발생함

3. 난시청 해소대책

  가. 중계소 설치

     - 대출력 송, 중계소 서비스 지역 중 전파가 수신되지 않는 자연적인 난시청 지역을 해결하기 위해서 간이중계소(TVR) 설치함

  나. 공시청 설비 설치

     - 도심에서 공동주택, 아파트 등으로 인한 인위적인 난시청 해결을 위해 공시청 시설을 구축함

     - 또한 산악지역의 난시청 문제를 해결하기 위해서도 필요

  다. 동일채널소출력 중계기 설치

     - 방송보조국 구축으로도 TV가 수신되지 않는 소규모 난시청 해소를 위해 주방송국과 동일한 채널을 사용하는 소출력 중계기 설치

  라. 절대 난시청 지역의 경우 위성 수신기 보급

4. 맺음말

  - DTV 커버리지 98% 달성을 위해 지상파가 공동으로 난시청해소를 위해 협력 중임

<참조>

2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원

지상파 디지털 TV 방송의 개념을 제시하고 아날로그 TV와 디지털 TV를 비교하고 미국, 유럽, 일본 방식의 특징을 설명하시오

1. 디지털 TV 방송 개념

 - 제작, 편집, 전송, 수신 등 방송의 모든 단계를 디지털 신호로 처리하는 TV 방송 시스템

 - 디지털 TV의 장점

   가. 기존의 아날로그 방송에 비해 화질과 음질이 향상됨

   나. 전송 용량의 증대

   다. 출력 효율의 증대

   라. 풍부하고 다양한 서비스 가능

   마. 새로운 미디어 창출 용이(DMB 등)

2. 아날로그 TV와 디지털 TV 주요 특징 비교

3. 디지털 지상파 TV 방송 시스템의 블록도

4. 디지털 지상파 TV 방송의 전송방식 표준간 비교

1. 개요

2. 8-VSB 송신 시스템의 계통도

3. 세부과정

4. 8-VSB 및 COFDM 비교

1. 개요
 - 미국 지상파 디지털 TV의 표준인 ATSC 방식의 RF 변조 포맷

 - 단일 반송파 진폭변조 잔류측파대 방식(8레벨 잔류측파대 방식)

 - 6MHz 채널에 19.39Mbps(유효 속도는 19.28Mbps)의 데이터 전송 가능

2. 8-VSB 송신 시스템의 계통도

  - 크게 세가지 기능(오류 정정 부호화, 동기 신호 삽입 과정, 8-VSB 변조과정)으로 구분 가능

3. 세부 과정

 3.1 8-VSB 변조기 입력신호는 MPEG-2 TS로 19.39Mbps(패킷당 188byte)

 3.2 Frame Synchroniser

     - 188byte의 첫 byte는 Sync byte로 동기화 후 버려짐

           19.39Mbps×187/188=19.28Mbps(effective data rate) 

 3.3 Data Randomiser(주파수 도메인에서의 인터리빙)

     - '0'이나 '1'의 데이터만 연속적으로 들어올 경우에도 random한 신호로 만들어 줌으로써 signal이 white noise와 같은 스펙트럼 형태를 갖도록 해줌

     - 특정 대역에 집중된 에너지를 평탄화시키기 위함

 3.4 Reed-Solomon Encoder

     - Foward Error Correction(outer Encoder)

     - 전송과정에서 발생할 수 있는 비트에러를 보정하기 위해서 20byte의 RS Parity를 추가

     - 187byte를 블록으로 묶어서 블록당 20byte의 Parity를 추가, 수신쪽에서는 10byte 에러 보정 가능

       RS(n,k)=RS(207,187)=187byte data+20byte redundancy,   Error Correction (n-k)/2=10byte

     - burst 에러에 강함

 3.5 Data interleaver

     - 52단의 convolutional interleaving

     - 버스트 에러를 랜덤 에러로 바꿔줌, 즉 전송신호를 간섭에 강하도록 하기 위해서 데이터를 분산

    <참조>

       디지털 무선 전송시스템에서 Interleaving

        - 데이터 열의 순서를 일정 단위로 재배열시킴으로써 순간적인 잡음에 의하여 데이터 열 중간의 비트가 손실되더라도 그 영향을 국부적으로 나타나게하여 그것을 복구할 수 있게함 

        - 즉 어떤 한 시점에서 간섭등으로 정보가 손실된 채 신호를 수신한 경우에, 이 신호를 다시 원래의 순서대로 재배열해 봄으로써 손실된 정보가 분산되며 단지 부분적으로만 정보가 손실되게 됨

        - CDMA에서 블록반복과 블록 인터리빙 사용

        - 인터리빙 방식의 종류

           가. 블록인터리빙

           나. 컨볼루션 인터리빙

 3.6 Trellis Encoder

       - FEC scheme중 convolutional coding 기술

       - 2bit information+ 1bit redundancy(coding rate 2/3)

       - 207byte=1656bits, 1656bits+828bits=2484bits=828symbol  (1symbol=3bits)

  3.7 Sync & Pilot 삽입

       - DTV 수신단에서 RF 신호를 검출하고 복조하는데 도움을 주기위해 Segment 및 Field sync와 pilot 신호를 삽입

        3.7.1 segment 및 fiel sync

               - 매 828 symbol당  4symbol의 segment sync 삽입('1001'로 정의, +5,-5,-5,+5로 맵핑)

               - 일반 데이터는 8개의 레벨로 표현되지만 필드 동기신호나 Segment 동기 신호는 수신기에서의 안정적인 검출을 위해 2레벨로 규정

               - 1segment=828 symbols(=748 symbols+80 symbols(20byte의 Reed-solomon code))+4 symbols(segment sync)=832 symbols

                 - 매 312 segment당 1segment의 field sync segment 삽입

                  - 8VSB 방식의 데이터 프레임 구조

      3.7.2 ATSC Pilot signal 삽입

             - 변조 직전에 약간의 DC편이(1.25V)가 8-VSB기저대역 신호(DC성분은 없이 0볼트 근처로 사전에 집중)에 인가됨

             - 약간의 잔류 반송파가 변조된 스펙트럼의 제로 주파수 포인트에 나타남
             - 이것이 ATSC 파이롯트 신호임
             - 전송신호와 무관하게 수신기의 RF PLL회로에 동기시키는 역할을 함
             - 성격은 유사하나 ATSC 파이롯트 신호는 NTSC영상 반송파보다 훨씬 작으며 송신전력의 7%(0.3dB)에 불과함 

 3.8 AM 변조

     - 8-level 베이스밴드 신호(Pilot & Sync 신호 삽입된 신호)는 IF 주파수를 이용하여 AM 변조됨

     - 변조 전 삽입된 DC 전압에 의해 Zero 축에서 위, 아래 대칭이 되지 않음을 알 수 있다

     - 이것은 주파수상에서 캐리어 주파수에 작은 파일럿 신호를 생성 

     - AM 변조에 의해 아래 그림과 같은 Double Sideband Spectrum이 만들어짐

     - 구형파는 무수히 많은 측파대를 만들기 때문에 6MHz내에 전송하기에는 너무나 대역이 넓음

  3.9 나이키스트 필터

•        - 원래의 MPEG-II스트림에 여러 가지 데이터를 부가시킨 결과 엑사이터 입력단의 데이터 레이트가 19.39Mbit/s에서 트렐리스 코더 출력단에서는 32.28Mbit/sec로 증가
•        - 심볼레이트 = 32Mbit/3 = 10.76Million symbols/sec(∵1심볼=3비트)
•        - 나이키스트 이론에 따라 점유대역폭은 1/2×10.76MHz = 5.38MHz
•          <참고>

•           Nyquist의 채널 용량

              - Gauss 잡음이 없는 이상적인 통신 채널에서 신뢰성 있는 통신을 위하여 전송 가능한 최대 정보 전송률

              - C=2W*log2M

                  C:채널용량[bps], W:대역폭{Hz], M:신호의 레벨수(한 번에 보낼 수 있는 비트수)

              - 즉, 이상적인 통신채널에서 32Mbp를 전송하기위해 필요한 최소한 대역폭은 5.38MHz임을 의미

         

  http://www.rfdh.com/invite/ni/10/10.htm

  
  

   

•        - ATSC채널 할당대역폭 : 6MHz
•        - 잉여 대역폭 : 620kHz, 여유도(α) =(W-Wo)/Wo=(6-5.38)/5.38=0.115, 11.5%, α가 클수록 시스템 설계(필터 설계, 클럭 정밀도 등)가 용이

 4. ATSC 8VSB 및 DVB-T COFDM 비교

<References>

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=2909&id=714

http://www.rfdh.com/bas_com/3-5.htm

http://www.stny.info/sbe1/8vsb/8vsb.htm

1. 영상의 획득

2. 컬러 신호 포맷

 2.1 RGB

 2.2 Y(R-Y)(B-Y)

 2.3 YUV

 2.4 YPbPr

     - Component 아날로그 비디오 신호에 적용되는 포맷

 2.5 YCbCr

     - YPbPr 신호는 ADC(Analog to Digital Conversion)을 통하여 YCbCr 신호로 변환됨

     - 디지털 이미지 및 비디오 신호에 적용되는 포맷

3. 디지털 영상 표현을 위한 파라미터 

 3.1 프레임 레이트(frame rate)

       - 1초에 몇 컷의 정지화상을 기록하는가 하는 수치[fps(frames per second) or Hz]

       - 디스플레이 장치가 1초 동안 보여주는 정지화상의 수

       - 프레임 레이트에는 60fps, 50fps, 30fps, 25fps, 24fps 등이 있음, 프레임 레이트가 높을 수록 움직임이 부드러워지나 데이터 양은 증가한다.

       - 보통 눈의 잔상을 이용해서 표시하기 때문에 1초에 30번 또는 25번 이상이 필요하나, 부드러운 표시를 위해서 1초에 60~120번의 프레임을 표시하기도 한다.

       - 기존의 컬러 TV의 경우 프레임 레이트는 NTSC방식에서는 29.97fps(컬러TV, 흑백TV 30fps)이고 PAL 방식에서는 25fps이다

   <참고>

     NTSC 컬러 TV 방식은 이전의 흑백텔레비전 수상기와 완벽하게 호환되도록 하였으며 추가된 색상정보는 흑백영상신호에 3.58MHz의 색상 부반송파를 추가하는 방식으로 포함되었다. 색상 부반송파가 추가됨에 따라 기술상의 문제로 인해 프레임 속도가 초당 30프레임에서 29.97프레임으로 약간 줄어들게 되었다.

(흑백영상신호에 간섭을 최소화하고 색상정보를 보내기 위해 수평주파수(약 15,734Hz)가 조정되었고, 그에 따라 색상 부반송파 주파수가 약 3.58Hz로 선정됨.

수직주파수는 fv=15,734.26575Hz/525=29.97002996Hz)

http://dukefrid.blog.me/60111360195 

  3.2 Picture의 수평, 수직 Resolution

     - 실제 한 화면을 채우고 있는 픽셀의 개수

     - 단위 평면(1 프레임) 내 샘플링 개수에 따라 프레임 사이즈(가로 화소수*세소 화소수) 결정

     - 1920*1080, 1280*720, 720*486 등

 3.3 Color Sample Ratio

   - 흑백인 Luma(Y) 신호 대비 컬러신호인 Chroma(Cb, Cr) 신호에 대한 비율

   - 인간의 시각 계통은 루미넌스(밝기 정보)보다 크로미넌스(색차 정보)에 덜 민감

   - 아날로그 영상신호를 Sampling할 시 크로미넌스 정보의 샘플링율을 줄임으로써 시각적으로 화질의 열화없이 정보전송량을 줄일 수 있다(크로마 서브샘플링, Chroma Sub-sampling) 

   3.3.1 4:4:4 형식

     - 휘도신호와 색차 신호에 대한 샘플링 위치는 동일하며, 한 개의 밝기 신호에 대해 색차 신호가 두 개가 존재

     - 인간의 시각은 색차 성분에 둔감하기 때문에 화질에 아주 큰 영향을 주지 않음

   3.3.2 4:2:2 형식

     - 두 개의 휘도 신호에 대해 한 개의 색차 신호가 대응

   3.3.3 4:2:0 형식

     - 일반적으로 통신 및 저장과 같이 고압축률을 요구하는 경우에는 4:2:0 형식을 취함

 <참조> 샘플링을 할 때 밝기, 색의 차이등 3가지 조합으로 만든다. 보통 카메라는 4:4:4로 샘플링을 한다. 이것은 밝기와 색의 다름에 대한 샘플링을 표시한다. 4:4:4 샘플링이 가장 완벽한 색이 나온다. 보통 방송에서는 4:2:2 sampling을 쓴다. 밝기는 똑같이 하고 색의 다름을 반으로 하면 대역폭이 반으로 준다. 일반 가정에서는 4:2:0 샘플링으로 간다. 색에 대한 차이를 한 번 더 반으로 한다. 장점은 대역폭이 줄어드는 것이다. 사람의 눈으로 봤을 때 4:4:4나 4:2:0가 같다. 스튜디오에서 가정까지 가는 과정 중간에서 인코딩을 하고 샘플링비율을 변경하면 영상의 질이 저하된다. 그래서 샘플링 비율이 중요하다.

  3.4 Bit depth

    - 영상을 디지타이징할 때 얼마나 정확하고 세밀하게 표현하는가와 관련된 요소

    - 대부분의 디지털 비디오 포맷은 채널당 8비트의 bit depth를 가지고 있음, 이는 색신호를 2^8인 256단계로 표현할 수 있다는 것을 의미

    - 만약 10비트의 bit depth를 가진다면 2^10인 1024단계로 영상을 표현할 수 있음

  3.5 주사(Scanning)

     - 2차원 이미지 정보를 전송할 때, 1차원 정보로 변환이 필수적

     - 영상장치에서 이미지를 분해하여 직렬 데이터화하고 이를 다시 재조립하여 원래의 이미지로 재구성하는 것

     - 비디오 기록장치는 기록하는 방식을, 영상 출력장치에서는 영상신호를 화면에 출력하는 방식을 의미

     - 같은 해상도라도 화면을 출력하는 방식, 즉 주사(Scanning) 방식에 따라 2가지로 나뉘어진다

      3.5.1 비월주사방식(Interlaced Scanning)

            - 수평주사선을 한 줄씩 건너서 주사(홀수)한 뒤 나머지 수평주사선(짝수)을 주사하는 방식

            - 주로 TV에서 많이 사용되는 방식

            - 우리나라 HDTV 규격(1920*1080, 60i)에서 채택하고 있음

            - 초당 약 30장의 프레임을 한 프레임의 2개의 필드로 나누어서 60개의 필드로 저장,전송하고 나눠진 반을 합쳐 30장 이미지(프레임)을 만드는 방식 

            - 순차주사방식에 비해 1/2정도 데이터량 감소(편집이 용이), 플리커 현상 감소

            - 피사체가 빨리 움직일 경우 Motion artefact 발생(1/60초 동안 피사체가 움직임에 따라 2개의 필드를 합성할 때 artefact 발생)

            - 순차 주사방식보다 초점 응답속도가 더욱 빨라 카메라 워킹이 자주 필요한 경우, 오토 포커스를 필수적으로 사용해야할 때에는 인터레이스 방식이 적합(주로 방송카메라들은 인터레이스 방식을 사용)

<참고>

     비디오 프레임 및 비디오 필드

       - 한 화면분의 주사선 전체를 포함하는 화상의 신호를 Frame이라고 함(1920*1080)(1 Frame=1장의 이미지)

       - 한 프레임의 절반분에 해당되는 거친 화상의 신호를 Field라고 함(1920*540)

 <참고> TV 방식에서 비월주사방식을 채택한 이유

        - TV 방송의 전송에서 비월주사 방식을 채택한 이유는 기술적인 문제때문이다. TV 전송 방식이 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 바뀌면서 이러한 기술적 문제는 해결돼 가고 있다 

        - Flicker(깜박임)가 느껴지지 않을만큼의 부드러운 영상을 보기위해서는 적어도 매초당 50~60장 정도의 이미지가 필요

        - 아날로그 TV 방식에서 매초당 60장 정도의 이미지를 전송한다는 것은 기술적으로 불가능

        - 기술적으로 화면의 주파수를 늘리지 않고 영상의 Flicker를 방지하며 전송할 수 있는 좋은 방법이 고안되었는데 그 방식이 비월 주사 방식임

        - 디지털 방식의 TV 방송방식으로 전환되고 TV 영상의 데이터를 압축할 수 있는 방법이 개발되면서 현재는 순차주사 방식도 가능해짐 

            3.5.2 순차주사방식(Progressive Scan)

                   - 순차적으로 한 줄씩 주사하는 방식

                   - 한 영상을 완성하는데 위에서부터 차례로 주사하여 마지막 끝까지 1회에 완전한 영상화면(Frame)이 완성되는 방식

                   - 주로 컴퓨터 모니터 등에서 많이 사용되는 방식

                   - 순차주사방식에 비해 2배의 데이터량이 필요

                   - 같은 해상도의 비월주사 방식 영상에 비해 화면 선명도 2배 우수, 피사체의 움직임이 비월주사에 비해 부드러움 

                   - 업계에서 HD급으로 분류하는 해상도는 720p(720, 60p)와 1080i(1080, 60i), 그리고 1080p(1080, 60p, full HD)               

                   - DVD의 경우는 480p, 공중파 HD 디지털 방송의 경우 1080i, 블루레이 디스크는 1080p의 영상을 담고 있음

                - 60p(60프레임): Full HD 방식에 쓰이는 순차주사방식 포맷     

  3.6 화면 비율(Aspect Ratio)

      - 영상화면에서 가로, 세로의 비

      - 일반 TV 방송(4:3), HDTV(16:9)등이 있음

      - Pixel Aspect Ratio는 픽셀의 가로, 세로 비를 의미

4. 디지털 영상 format

  4.1 ITU-R BT.601(former name CCIR 601)

      - 북미와 일본에서는 NTSC(National Television System Committee), 유럽에서는 PAL(Phase Alternation by Line)이 아날로그 비디오 표준사용되었음

      - NTSC는 525/59.94i(active line 486), PAL 방식은 625/50i(active line 576)

        <참고>

           A small variation removing the top 6lines to save space was later introduced and made popular in the 1/4-inch DV/DVCAM/DVCPro formats and for digital broadcasting, which has 720×480 pixels for NTSC; and is also used in DVD video and standard -definition television

           D1 Broadcast format

                720×486×30fps(NTSC)

                720×576×25fps(PAL/SECAM)

           DV

                720×480×30fps(NTSC)

                720×576×25fps(PAL/SECAM)

      - 아날로그에서 디지털로 전환 시 미국과 유럽의 표준화 노력 결과

      - ITU-R BT.601은 NTSC와 PAL 방식의 아날로그 컬러 신호를 디지털 컴포넌트 비디오 신호로 변환하는 방법 및 규격을 정의

        (ITU-R BT.601: 표준 4:3 및 와이드 스크린 16:9 영상비를 제공하는 디지털 텔레비전의 스튜디오 인코딩 파라미터)

        (SMPTE 259M: 10비트 4:2:2 컴포넌트 및 4fsc NTSC 컴포지트 디지털 신호- 직렬 디지털 인터페이스)

      - NTSC와 PAL 방식에 공통으로 적용되는 디지털 컴포넌트 비디오 포맷에 관한 표준

      - Color sample raio Y:Cb:Cr=4:2:2, Sampling Frequency : 13.5MHz(휘도신호, Quantised bits 10bits), 6.75 MHz(두 개의 색차신호, Quantised bits 10bits)

      - 한 line 총 Y 샘플 수:858 samples, Cb/Cr 각 샘플 수:429 samples, Line 당 total sample 수 = 858+429+429=1,716 samples

      - 유효 화소수 Y 신호: 720 samples × 480 lines= 345,600, Y+Cb+Cr=691,200 화소

 <참고>

           Note that the actual image is always contained in the centre 704 horizontal pixies of the digital frame, regardless of how many horizontal pixels(704 or 720) are used. in case of digital video line having 720 horizontal pixels, only the centre 704 pixels contain actual 4:3 or 16:9 image and the 8 pixels from either side are called nominal analogue blanking for horizontal blanking and should be discarded before displaying the image(720개의 픽셀 중에 704개의 픽셀만이 눈에 보이는 픽셀이다)

  4.2 SIF(Source Input Format)

      - MPEG-1(비디오 저장을 위한 표준)을 표준화하기 위해서 국가별로 다르게 사용하고 있는 영상장치에 대해 공통인 영상규격이 필요하여 제정

      - 625/50(PAL) SIF 포맷: 360(or 352)×288 active pixels, 25fps

      - 525/59.94(NTSC) SIF 포맷: 360(or 352)×240 active pixels, 29.97fps

      - 순차주사 형식만을 지원하고, 4:2:0 형식을 사용함

  4.3 CIF(Common Intermediate Format)

      - 화상회의 시스템에 응용하기 위해 SIF에서 유래

      - 명칭에서 의미하듯이 NTSC와 PAL/SECAM 방식에 공통으로 적용

      - H.261, H.263 등에서 사용됨

      - Resolution: 352×288(PAL Source Input Format), 주사방식: 순차주사(29.97fps, NTSC) 

      - QCIF(Quarter CIF)의 경우는 CIF에 비해 공간해상도가 수평 및 수직 방향으로 각각 1/2 형식을 취한 것임(176×144)

  4.4 VGA(Video Graphics Array)

      - 본래 IBM이 개발한 PC용 그래픽 디스플레이 시스템

      - 해상도: 640×480

      - QVGA(320×240), WVGA(768×480), WQVGA(400×240)

  4.5 ITU-R BT.709 Recommendation

      - HDTV의 디지털 컴포넌트 비디오 포맷에 관한 표준

        (ITU-R BT.709: 제작 및 국제 프로그램 교환을 위한 HDTV 표준의 파라미터 값)

        (SMPTE 292M: 고화질(HD) 텔레비전 시스템의 비트 직렬 디지털 인터페이스)

      - Color sample raio Y:Cb:Cr=4:2:2, Sampling Frequency : 74.25MHz(휘도신호, Quantised bits 10bits), 37.125 MHz(두 개의 색차신호, Quantised bits 10bits) 

      - 한 line 총 Y 샘플 수:2,200 samples, Cb/Cr 각 샘플 수:1,100 samples, Line 당 total sample 수 = 2,200+1,100+1,100=4,400 samples

      - 유효 화소수 Y 신호: 1,920 samples × 1,080 lines= 2,073,600, Y+Cb+Cr=4,147,200 화소

   4.6 ATSC 영상 포맷 비교

         - 총 18가지 포맷을 지원

       * 가장 많이 쓰이는 포맷

 5. 주어진 조건에 따른 정보량 계산

어떤 640×480 픽셀을 갖는 VGA급 컬러 정지 이미지가 4:2:2 방식으로 표본화되어 8bit로 양자화 되었다. 총 데이터양과 이 정보를 1.5Mbps의 ADSL로 전송할 때에 소요되는 시간을 계산하시오

  가. 정지 이미지의 총 데이터 양

       =640×480×2(Y:1, Cb:0.5, Cr:0.5)×8bits=4,915,200 [bits]

  나. 1.5Mbps의 ADSL로 전송 시 전송시간 산출

       =4,915,200[bits]/1.5[Mbits/sec]=3.2768[sec]

<참고>  

http://psscw.blog.me/100052545668

http://en.wikipedia.org/wiki/D-1_(Sony)     

http://blog.daum.net/chk36302.naver/34

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